PHOTON FAIR 2013開催 03 創立60周年を記念して、11月7・8・9日の3日間、 浜松ホトニクス総合展示会「PHOTON FAIR （フォトンフェア）2013」を開催します。 Vol. 03ページ 2 ホットニュース 05 EM-CCDカメラを凌駕する科学計測用CMOSカメラ ORCA-Flash4.0 V2 R&D インタビュー ライフサイエンス分野における科学計測用カメラといえば EM-CCDという認識を、CMSカメラで一変させたORCAFlash4.0。その開発プロジェクトの顛末を追いました。 05ページ 2013 I n dex ■ ホットニュース P03 ■ R&Dインタビュー P05 ■ 新製品ニュース ・ 目次 P09 ・ 光半導体製品 P11 ・ 電子管製品 P16 ・ システム製品 P19 ・レーザ製品 P22 ■ 量子ホトニクスの世界 P25 MPPC／MPPCモジュール 小型エキシマランプ光源 EX-mini L12530 EM-CCDカメラ ImagEM X2 フォトイオンバー L12535 09 25 LD照射光源 SPOLD L12333シリーズ 09ページ 「 表 紙 の イラ スト 」 ORCA-Flash4.0 V2 新製品ニュース 第1回 量子ホトニクス の世界 量子の世界と ホトニクスの世界 光と物質／電子の相互作用を利用した新しい光 デバイスの研究開発が進む「量子ホトニクス」の 世界。その一端をお見せします。 25ページ イラスト：チカツタケオ 前号に引き続き、モノの存在を静謐な空気感で描 くチカツタケオさんによるイラスト。今回も、写真と も絵とも見える表現で、 「ORCA-Flash4.0 V2」 を描いていただきました。 01 hama hot hama hot 02 03 hama hot hama hot 04 R&D Interview R&Dインタビュー インタビューメンバー 左から EM-CCDカメラを凌駕する科学計測用CMOSカメラ システム事業部 第1 設計部 第14 部門 小池 得裕 [ カメラ設計 ] システム事業部 第1 設計部 第14 部門 戸田 英児 [ プロジェクト責任者 ] システム事業部 システム営業推進部 海外グループ 小出 政幸 [ 営業推進 ] システム事業部 第１設計部 山下 慈郎 [ プロダクトマネージャー ] DIGITAL CAMERA オ ル カ - フ ラッシュ R CMOS カメラで EM-CCD カメラに匹敵する性能を追求 科学計測用カメラとは何か、から教えてください。 小型化、コストダウンに加え 超解像イメージング分野で解像度約20 ％アップ ライフサイエンス分野における科学計測用カメラといえばEM-CCDという認識を、 CMOSカメラで一変させたのがORCA-Flash4.0。暫定仕様の段階から国内のみなら 戸田 1つの例として、顕微鏡につなげて暗いものを見る用途 で 開 発され たカメラが そ れ に 当 たります 。ここ1 0 年 ほど EM-CCDカメラ（電子増倍型高感度カメラ）が一般的に使われ てきましたが、価格が高価で、センサを冷却するためにカメラの がその限界性能まで使っているわけではないということもわかっ ていました。 日本、欧米、中国の研究者の共感を 引き出した画像シミュレータ EM-CCD カメラを使っている人の動向も把握していたわけですね。 サイズが大きくなってしまうなど普及上の制約がありました。 戸田 そこを担当したのが山下です。 彼がプロダクトマネージ ず欧米、中国と各地の研究者を比較シミュレーションを用いて説得し、新製品への期待 小出 お客様を訪問した際に、 「EM-CCDカメラは使いこなす ャーとして、 開発の初期の段階からユーザーのもとに出向いて のが難しい」とか「EM-CCDに匹敵する感度を持ちながら、より ニーズ収集をしていました。 を高めつつ、市場の要望を開発チームにフィードバック。弊社初の開発手法の成果とし 安価なカメラはないか」といった要望をいただくことが多くありま 山下 私は2011年夏くらいからプロジェクトに参加しました。ち て、EM-CCDカメラと比較して価格で半分、サイズにして3分の1を実現した。1年半に した。この要望を満たせる製品のニーズはあると感じましたね。 ょうど ORCA-Flash4.0 の暫定仕様が出てきたころです。この製 わたる開発プロジェクトはどのように進んだのか、プロジェクトメンバーに聞いた。 小池 CMOSカメラは、従来、科学計測用途には不向きといわ 品にマッチする分野を洗い出し、各分野の研究者を世界中からピ れてきたのです。ところが民生用途で使われ始めてから急速に ックアップして、製品がリリースする前から働きかけ始めました。 技術が進化し、EM-CCDカメラに匹敵する性能が出せるのでは というレベルにきていました。 それで、CMOSカメラで科学計測用カメラを開発しようと…… 05 hama hot 小出 EM-CCDカメラを使っているお客様は、すべてのお客様 どんな反応を得たのでしょうか。 山下 日本国内、 アメリカ、ヨーロッパ、 中国の研究者、 約 30 名を訪ねて歩きました。訪問に先立って「画像シミュレータ」 戸田 はい、それが2010年末のことです。まずEM-CCDカメラ を開発し、これで EM-CCD カメラで撮った画像と CMOS カメ に匹敵する性能をCMOSカメラで実現するための仕様をまとめ ラで撮った画像を比較して見せると、 飛びついてくれる研究者 るところから始めました。EM-CCDカメラは非常に高感度なカメ が多かったですね。シミュレータのおかげで 「CMOS カメラを ラで、ごく一部で必要とされるハイエンドの性能はCMOSカメラ 使うと、あなたの研究分野でこれだけデータの精度が上がる」 ではカバーできません。逆にいえば、ごくわずかなハイエンドの という言葉にも説得力が出てきました。シミュレーションに懐疑 部分を除けばCMOSカメラをEM-CCDカメラと置き換えても問 的な方もいましたが、 おおむね自身の研究にとってプラスと判 題ないわけです。 断してくれました。 hama hot 06 R&D Interview R&Dインタビュー 山下 顧客の意見や要望を直接感じて、 必要であれば製品に フィードバックし、 求められているものにできるだけ近い製品を リリースする。 そうすることで、 市場の裾野を広げていこうと いう考えが背景にありました。 そうして収集した利用者の要望を製品に反映させたのが、 小池さんですね。 究者から特に高い要望が寄せられました。 ※2： ライトシート読み出しモードは、カメラの読み出しのタイミングを励起光の動きに 同期して調整できるため、シームレスで正確な読み出しが実現できる。 小出 V1リリースからV2リリースまでわずか1年強。これまで の 中 で 実 現 するための 開 発を担 当しました。 目標 価 格 は 映して、継続的にカメラの機能を高めて、製品の価値を維持しな EM-CCD カメラの半分、サイズは 3 分の 1 です。 がら、積極的に売っていこうという姿勢の表れでしたね。 ユーザーが欲しい情報を カメラが直接出してくれる ショウジョウバエ胚の発生過程観察（ライトシート顕微鏡で撮影した3D画像） 浜松ホトニクスの科学計測用カメラ、 今後はどういう方向に向かっていくのでしょうか。 その先には、どんなビジョンがありますか。 戸田 次に狙っているのは、ユーザーがやりたいことを実現でき 目指したいですね。EM-CCDカメラは単一フォトンの検出ができ るカメラ、知能を持った「インテリジェントカメラ」の実現です。開 るのですが、フォトンを増倍して撮像する仕組みのために、揺ら 発コードでPROCAMプロジェクトと呼んでいます。 PROは ぎが生まれてフォトンの挙動までは検出できません。CMOSカメ 戸田 1年です。正直、プロジェクトが立ち上がったばかりのころ ProfessionalでありProgrammableでもあります。 ラの 性 能が E M - C C Dカメラにかなり近 づ いて いるので 、 は、本当に全員の意見がまとまるのかと不安になりましたね。各 山下 これまでのカメラはイメージングが主たる機能で、ユー EM-CCDカメラの弱点を超えられる可能性があります。 小出 これができれば、弊社のコーポレートスローガンPhoton を見つけつつ、横目でコストをにらみながら、構造を検討していきま した。当プロジェクトに関わった人は、多い時は30名。常に20名 程度のメンバーが週に1回、各々の立場から意見を戦わせました。 総勢30名が1年間の議論を重ねた それがどのくらい続いたのですか。 戸田 解像度が上がるうえに、 EM-CCD カメラよりフレームレ シート顕微鏡に適した読み出し機能のことで、V1リリース後、研 の弊社の常識では考えられない展開です。市場の高い評価を反 センサの冷却性能とサイズといったトレードオフの条件の合意点 にして EM-CCD カメラの 3 分の1を実現。 シート読み出しモード ※2 です。これは、3D撮像に使われるライト 小池 私は、 要求される性能をターゲットとする価格やサイズ 戸田 決められたサイズの中に要求されるスペックを盛り込み、 ORCA-Flash4.0 V2（原寸大） 。サイズ 小池 このときに搭載することになった機能のひとつがライト 担当者は自設計でのリスクが最小限になるような手法を主張す ザーがそのイメージをどう処理するかには関知しないというスタ る。それを積み重ねていくとターゲットのサイズを大きく超えた ンスをとっていました。ところが、昨今は画像のデータ量が増え 設計になってしまい、これではいけないと再度、目標に向けた意 ていて、データを扱うこと自体にスキルが必要だったり、データ 識合わせに立ち戻ったりもしました。 処理自体を嫌がる人が出てきたりしています。考えてみれば、 小出 とにかく合意点を見つけるのが難しかったですね。 ユーザーがやりたいのは、イメージから情報を引き出すことで、 想定した市場はどういう分野だったのでしょうか。 データを処理することではないはずです。 小出 だから、ユーザーが欲しい情報をカメラからそのまま出力 ートが上がり、 視野も広がるという点にメリットを感じていただ 戸田 EM-CCDカメラが疑うことなく使われていた超解像イ してあげることができれば、もっと市場ニーズに近づけるのでは けたようです ※1。これは、私たちにとって初めての試みでした。 メージングの領域です。山下の調査によって、この領域であれ と考えているのです。 これまではおおまかな市場を想定して仕様の検討を進め、 製品 ば、EM-CCDカメラよりCMOSカメラの方が向いているというこ 小池 カメラを気にすることなく、ユーザーの求める結果を自由 がほぼ完成してから市場開拓に移るケースが大半でした。それ とがわかっていました。 に引き出すためには、カメラの開発に加えてユーザーインター に対して、 今回は、ものが出来上がる前からマーケットに入り 山下 EM-CCDカメラをCMOSカメラに置き換えたシミュレー フェースの開発も必要です。 込み、 製品のリリースと同時に買っていただける市場を見つけ ションで、超解像イメージングをすると、解像度が2割もアップす ていったのです。 ることがわかりました。ORCA-Flash4.0が製品化された後に、 視野比較 一般的なEM-CCDカメラの 2.64倍の広い観察視野を実現。 （画素サイズ 6.5 μm×6.5 μm、400万画素） 画像提供： Dr. Philipp J. Keller, Howard Hughes Medical Institute, Janelia Farm Research Campus, Ashburn, VA 20147, USA 戸田 一つ一つのフォトンが検出できるCMOSカメラの実現を is our businessにもう一歩近づきます。ぜひとも目指したい ですね。 お問合せ ORCA-Flash4.0 V2についてのお問合せは、冊子裏面の各営業所 へお願いいたします。 デジタルカメラ ORCA-Flash4.0 V2 は、新製品ニュースでも紹介して います。 （ P20） 研究者に実データでの検証を依頼したら、確かにその通りである 解像度比較 400万画素の高解像度により、EM-CCDカメラでは困難な細胞の 詳細情報まで鮮明に映し出すことが可能です。 一般的なEM-CCDカメラの2.46倍の高い解像度を実現しました。 とわかりました。 2011年12月に市場投入され、 2013年2月にバージョンアップモデルのV2が発表されました。 EM-CCD （512 × 512、画素サイズ16μm ×16μm） 戸田 最初のモデル（V1） をリリースした3、4カ月後に、海外現 ORCA-Flash4.0 V2 （2048 × 2048、画素サイズ6.5 μm × 6.5 μm） 地法人の代表者が集う製品レビューの機会がありました。この ORCA-Flash4.0 V2（86×86） EM-CCD（35×35） ▲ サンプル：Fluo Cells Prepared Slide ＃1 対物レンズ：S Plan Fluor 100× ※ 1：ORCA-Flash4.0 の解像度は一般的な EM-CCD カメラに比べ 2.46 倍、視野は 2.64 倍、フレームレートは 3 倍。 07 hama hot 時、V1に対する市場の要望が20項目ほど挙げられましたので、 優先度の高いもの、市場に対して効果的な機能をピックアップ し、V2をリリースすることになったのです。 hama hot 08 新製品ニュース 目次 光半導体製品 MPPC メディ ライフ カル MPPC（multi-pixel photon counter） P11 ● ● ● ● ● ● ● ● ● MPPCモジュール P12 ● ● ● ● ● ● ● ● ● CMOSリニアイメージセンサ S11639 P13 ● ● InGaAsエリアイメージセンサ G12460-0606S P13 ● ● カラー／近接センサ カラー／近接センサ P12347-01CT P14 ● フォトIC レーザビーム同期検出用フォトIC S12172-01DT P14 CO2センサ CO2センサ C12329-01 P15 ● ● 赤外線検出素子 サーモパイル T12471-01 P15 ● ● イメージセンサ 電子管製品 光源 静電気除去製品 小型エキシマランプ光源 EX-mini L12530 フォトイオンバー L12536 光学式ピンホール検査ユニット C12570 P18 学術 セキュ 創薬 計測 分析 半導体 リティ 産業 非破壊 研究 ● 光検出器応用製品 医療関連装置 ● P17 P18 ● ● 計測 分析 分析 半導体 半導体製造 セキュ リティ セキュリティ 産業 産業 非破壊 非破壊検査 DRUG DISCOVERY MEASUREMENT ANALYTICAL SEMICONDUCTOR PRODUCTION SECURITY INDUSTRY NON-DESTRUCTIVE INSPECTION 学術研究 ACADEMIC RESEARCH 学術 セキュ 創薬 計測 分析 半導体 リティ 産業 非破壊 研究 P19 ● ● ● ● デジタルカメラ ORCA-Flash4.0 V2 P20 ● ● ● ● CMOSボード型カメラ C11440-52U P20 ● ● ● ● 赤外線酸素モニタ NIRO-200NX DP P21 ● マルチファイバアダプタシステム P21 ● 学術 セキュ 創薬 計測 分析 半導体 リティ 産業 非破壊 研究 半導体レーザ LD照射光源 SPOLD L12333シリーズ P22 ● ● ● ● 半導体レーザ応用製品 ファイバ出力型半導体レーザモジュール（FOLD） L12560シリーズ P23 ● ● ● ● マイクロチップレーザ L11038-11シリーズ、L11038-21シリーズ P23 ● ● ● ● 4.53 μm CW駆動型 量子カスケードレーザ L12004-2209H-C P24 ● ● ● 10 μm パルス駆動型 量子カスケードレーザ P24 ● ● ● 半導体レーザ ライフサイエンス LIFE SCIENCE 計測 学術 研究 ● メディ ライフ カル MEDICAL 創薬 ● EM-CCDカメラ ImagEM X2 レーザ製品 メディカル 創薬 ● ● メディ ライフ カル メディ カル ライフ ● ● ● 150 ｋＶ密封型マイクロフォーカスX線源 L12161-07 カメラ ● P16 X線源 応用分野 ● ● メディ ライフ カル システム製品 09 hama hot 学術 セキュ 創薬 計測 分析 半導体 リティ 産業 非破壊 研究 hama hot 10 光半導体製品 新製品ニュース NEW 低アフターパルス、広ダイナミックレンジを実現した フォトンカウンティング・デバイス 新タイプのMPPCを搭載した フォトンカウンティング・モジュール MPPC（multi-pixel photon counter）は、複数のガイガーモードAPD MPPCモジュールは、フォトンカウンティング領域からnW領域までの広い光量範囲（10桁）にお のピクセルから成るフォトンカウンティング・デバイスです。優れたフォトン いて計測が可能な光計測モジュールです。MPPCの動作に必要なアンプ・高圧電源回路などを カウンティング能力をもち、低電圧動作で磁場の影響を受けない小型の光 搭載しており、電源（±5 Vなど） を供給するのみで使用可能です。 半導体素子です。 低ダークカウントを実現した冷却型モジュールから、温度補償機能を搭載し、安 定した計測が可能な非冷却型モジュールまで幅広いラインアップがあり ます。MPPCの初期評価を目的としたスターターキットや、MPPC 従来品との相違点 すべてのタイプ 駆動用として温度補償機能を内蔵した高圧電源モジュールも用 アフターパルスを大幅に低減しました。 意しています。また、お客様の要望する仕様に合わせたカスタム 高速計測・広ダイナミック ピクセルサイズの縮小と高検出効率を 同時に実現しました。 レンジのタイプ 精密計測用 品にも対応が可能です。 クロストークを大幅に低減しました。 従来品との相違点 特性を改善したMPPCの採用によって、 低アフターパルス、広ダイナミックレンジ、 高検出効率を実現しています。 メディ ライフ カル MPPC 創薬 計測 分析 セキュ リティ 産業 非破壊 学術 研究 MPPC（multi-pixel photon counter） 特長 用途 低アフターパルス ● 広ダイナミックレンジ ● 高検出効率 ● 低クロストーク ● 蛍光計測 ● 放射線計測 ● タイプ NEW 一般計測用 NEW 高速計測・ 広ダイナミックレンジ NEW PRELIMINARY PRELIMINARY PRELIMINARY 11 hama hot 極微弱光計測用 精密計測用 （低クロストーク） バタブルタイプ 大面積タイプ 型名 有効受光面サイズ S12571-025, -050, -100C/P 1 × 1 mm S12572-025, -050, -100C/P 3 × 3 mm S12571-010, -015C/P 1 × 1 mm S12572-010, -015C/P 3 × 3 mm S12576-050 1 × 1 mm S12577-050 3 × 3 mm S12651-050C, -100C 1 × 1 mm S12652-050C, -100C 3 × 3 mm S12671-050, -100 1 × 1 mm S12672-050, -100 3 × 3 mm S12641-050 3 × 3 mm S12642-050 3 × 3 mm（4 × 4 chアレイ） S12657, S12658, S12659, S12660-050 S12573-025C, -050C, -100C メディ ライフ カル MPPC 創薬 計測 分析 セキュ リティ 産業 非破壊 学術 研究 MPPCモジュール 特長 医療機器 ● 粒径計測 ● ピクセルピッチ 距離計測 ● 各種微弱光計測 ● MPPCの動作に必要な回路を搭載 ● アナログ出力タイプ、 デジタル出力タイプを用意 ● 初期評価用のスターターキットや、 MPPC駆動用の高圧電源モジュールも用意 ● パッケージ 25/50/100 μm セラミック／表面実装型 10/15 μm 50 μm アナログ出力タイプ メタル（2段電子冷却型） 50/100 μm セラミック 50/100 μm メタル（2段電子冷却型） 関連製品 型名 有効受光面 サイズ C11208-150 □ 1 mm C11208-350 □ 3 mm 表面実装型 3 × 3 mm（4 × 4 chアレイ） 50 μm PWB/表面実装型/FPC付 3 × 3 mm（2 × 2 chアレイ） 25/50/100 μm セラミック ピクセル ピッチ 50 μm 搭載MPPC S12577-050 アナログ、デジタル、パルス 計数値の3出力に対応 MPPCの簡易初期評価用 電源モジュール 型名 C11204-01 入力電圧 範囲 5V ※2 無負荷、推奨回路使用時 出力電圧 範囲 50∼90 V リップル ノイズ※2 有効受光面 サイズ ピクセル ピッチ 雑音等価電力 C11209-110 □1 mm 10 μm 3 fW/Hz1/2 C11205-150 □1 mm C11205-350 □3 mm C12662-150 □1 mm C12662-350 □3 mm 50 μm 50 μm 0.8 fW/Hz1/2 2 fW/Hz1/2 0.2 fW/Hz1/2 0.4 fW/Hz 1/2 特長 ・高速 ・小型 ・高感度（1 × 109 V/W） ・高感度（1 × 109 V/W） ・低ノイズ 特長 S12576-050 任意の非冷却型MPPC（別売） C12332 関連製品 50 μm スターターキット 型名 温度安定度 0.1 mVp-p ±10 ppm/℃ デジタル出力タイプ 型名 有効受光面 サイズ C12661-150 □1 mm C12661-350 □3 mm 設定分解能 C11202-050 Φ50 μm 1.8 mV C11202-100 Φ100 μm ピクセル ピッチ 50 μm ※1 ダーク カウント 2.5 kcps 25 kcps 7 cps 30 cps 特長 ・高検出効率（35 %） ・低ダークカウント ・低アフターパルス ・高検出効率（70 %） ・低ダークカウント ・低アフターパルス ※1 シングルピクセルタイプ hama hot 12 光半導体製品 新製品ニュース イメージセンサ 計測 分析 産業 CMOSリニアイメージセンサ S11639 NEW カラー／近接センサ 特長 ［分光感度特性］ 高感度：1000 V/（lx・s） ● 電子シャッタ機能付き ● 5 V単一電源動作 ● 変換効率: 20 μV/e- NEW (Typ. Ta=25 ° C) 100 I2Cインターフェース: 400 kHz, Fast mode ● 低電源電圧 : Vdd=2.25 V～3.63 V ● I2Cバス電圧: 1.65 V対応 ● 低消費電流 ● 小型パッケージ （5.5 × 1.7 × 1.0 mm） ● 鉛フリーリフローはんだ付けに対応 60 40 20 用途 用途 0 200 400 現しています。5 V単一電源で動作するため、安価な分光器に適し ています。 従来品との相違点 縦長画素の受光部を採用し、高感度を実現しています。 600 800 （画質調整、 タッチパネルのオン／オフ制御、着信表示） カラーセンサ・近接センサ・3色LEDを一体化 項目 画素数 仕様 単位 2048 画素 14 μｍ 画素高さ 200 μｍ 受光面長 28.672 ｍｍ 200 ∼ 1000 nm 画素ピッチ 感度波長範囲 ● スマートフォン、 TV/PCディスプレイ、タブレット端末など 1000 波長 (nm) 分光測光 ● 位置検出 ● イメージ読み取り ● エンコーダ ● ニアイメージセンサです。紫外域においても、高感度・高耐性を実 特長 ● 80 相対感度 (%) 紫外～近赤外域で高感度 ● ビデオデータレート ：10 MHz ● 縦長画素（14 x 200 μm）の受光部を採用した高感度CMOSリ 産業 カラー／近接センサ P12347-01CT ● 高感度、縦長画素の受光部を採用 計測 ［構成］ 信号処理回路 カラーセンサ、近接センサおよび3色LEDを小型パッケージ（5.5 ・I 2 C インターフェース ・LED駆動回路 ・近接センサ用回路 ・A/D変換器 受光部: Siフォトダイオード × 1.7 × 1.0 mm）に一体化した多機能センサです。スマートフォ ・カラーセンサ ・近接センサ ンなどにおいて、ディスプレイの画質調整、タッチパネル機能のオ ン／オフの制御、着信表示などを行うことができます。カラーセン サは、周囲光のR GB比を検出する上、照度センサとしても使用で 発光部: 3色LED き、きめ細かな画質調整が可能になります。近接センサは、スマー ・表示用 ・近接センサの投光用（赤色LED） トフォンにおいては顔が近づいた場合に検知して、タッチパネル機 能をオフにして、液晶バックライトを消灯します。 イメージセンサ 計測 分析 セキュ リティ InGaAsエリアイメージセンサ G12460-0606S 感度波長範囲: 1.12～1.9 μm ● オフセット補償により優れた 直線性を実現 ● 高感度: 1600 nV/e● 全画素同時蓄積 （グローバルシャッタモード） ● 取り扱いが容易 （タイミング発生器内蔵） ● 1段電子冷却型 ● 低価格 ● NEW ● ガスモニタ ● リサイクル選別 ● 水分モニタ 低電圧（3.3 V）駆動 64 × 64画素 センサです。CMOS読み出し回路（ROIC）と裏面入射型InGaAs 高速Si PINフォトダイオードを内蔵したレーザビーム同期検出用フ ォトICです。周辺部品の低電圧化に合わせた低電圧（3.3 V）駆動 タイプです。 従来品との相違点 のInGaAsフォトダイオードと1つのROICによって構成され、Inバ 従来品との相違点 1.9 μmまで感度波長範囲を伸ばしました。 13 hama hot ［分光感度特性］ (Typ. Ta=25 ° C) 0.8 0.6 0.4 0.2 0 200 400 600 800 1000 1200 波長 (nm) 用途 開始 フォトダイオードのハイブリッド構造を採用しています。1画素は1つ ンプにより電気的に接続されています。 特長 低電圧（3.3 V）駆動 ● 電流アンプゲイン：20倍 ● デジタル出力 ● 鉛フリーリフローはんだ 付け（240 ℃）に対応 ● 受光面サイズ: 2.81 × 0.23 mm ● レーザスキャン速度を変化 させても出力パルス幅が 変化しない シフトレジスタ 計測／産業用に開発された64 × 64画素の近赤外2次元イメージ 産業 ● ［ブロック図］ 1.9 μmまでの感度波長範囲をもつ 2次元イメージセンサ 分析 レーザビーム同期検出用フォトIC S12172-01DT 用途 特長 フォトIC 受光感度 (A/W) NEW 産業 終了 信号処理回路 シフトレジスタ オフセット 補償回路 VIDEO IC内部にワンショットマルチバイブレータを内蔵することにより、レーザス キャン速度を変化させても固定された出力パルス幅が得られます。 ● レーザプリンタ・デジタル複写機・普通紙FAXなどの 印字開始タイミング検出 （Ta＝25 ℃, λ＝780 nm, Vcc＝3.3 V） 項目 条件 Min. Typ. Max. 単位 ― ― 1.7 mA 2.9 ― ― ― ― 0.3 スレッショルド 入力パワー 1.8 2.7 3.6 μW 出力パルス幅 3 ― 12 μs 消費電流 無入力 ハイレベル出力電圧 IOH=4 mA ローレベル出力電圧 IOL=4 mA, PI=10.8 μW V hama hot 14 光半導体製品 電子管製品 CO2センサ 計測 特長 簡単に表面改質・洗浄の実験・評価が可能 持ち運び可能なオールインワン光源 用途 NDIR方式CO2センサ 高精度で安定した測定 （温度変化による影響が少ない） ● CO2以外のガスセンサにも 対応が可能（特注品） ● CO2測定 （植物工場、ビニールハウスなど） ● 水質・土壌計測 ● 環境計測 ● ● ［構成図］ NEW 分析 CO2センサ C12329-01 NEW 新製品ニュース 従来品との相違点 EX-miniはR&D向けの小型エキシマランプ光源です。ライン 組み込み型の従来品の性能はそのままで、小型軽量化し、照射 ボックスと光源を一体化させました。ライン導入を検討する上 での実験・評価を簡単に行うことができます。 また、オゾン分解ユニット（オプション）を使用することで、排 サンプルガス 気ダクトの設置が不要になります。 受光素子（信号光用） 通信ポート MCU 非分散型赤外線（NDIR）方式を用いた CO2センサ 光源 D/A変換器 サンプル管 サンプルガス 非分散型赤外線（NDIR: non dispersive infrared）検出方式の CO2センサです。波長分散素子のない簡単な構造を採用しており、 す。周囲温度0～35 ℃でCO2 濃度1000 ppm未満の場合、確度± 50 ppmを達成します。PCとシリアル接続をして、PCにてデータ 取り込みや計測結果の表示が可能です。 バンドパスフィルタ オゾン分解ユニット E12685（オプション） （Ta=0∼35 ℃, ウォーミングアップ時間: 15分） 小型・低価格です。その上、高精度で確度（真値との誤差）が小さ く、周囲温度の変化による影響が少ない測定を行うことができま 受光素子（参照光用） 項目 精度※1 確度※2（1年） 条件 仕様 単位 1000 ppm未満 1σ ±20 ppm 1000 ppm以上 1σ ±3 ％ 1000 ppm未満 ― ±50 ppm 1000 ppm以上 ― ±5 ％ ※1 繰り返し測定における平均値に対しての測定値のバラツキ ※2 真値に対する誤差 ※サンプル台（ジャッキ等）は付属しておりません。 赤外線検出素子 計測 分析 サーモパイル T12471-01 NEW 半導体 産業 光源 小型エキシマランプ光源 EX-mini L12530 特長 受光面サイズ: 2 × 2 mm（× 4素子） ● 感度波長範囲：3～5 μm （ARコート付Si） ● 高感度：28 V/W typ. ● 低い素子抵抗の温度係数: ±0.1 %/℃ ● 照射ボックスと光源の一体型 ● 持ち運び可能な小型・軽量サイズ ● オゾン分解ユニット （オプション）を接続し室内に排気可能 （ダクト排気不要） ● 高出力、均一照射 ● 照射時間の設定可能 ● 用途 ● ガス検出 など 項目 条件 受光面サイズ （1素子当たり） 吸収膜サイズ 感度波長範囲 ARコート付Si ガス分析などの用途に向けて開発したサーモパイルです。反射防止 受光感度 1 Hz, 500 K 膜付Si窓（3～5 μmで高透過率）で、高感度サーモパイルチップを 素子抵抗 内蔵しています。ガスの吸収波長に合った光学フィルタをそれぞれ 雑音電圧 4素子タイプのサーモパイル の窓の前に置くことによって、最大4種類のガスを同時に検出する ことができます。 （光学フィルタを別途用意する必要あり） 従来品との相違点 従来品（シングル、デュアル、アレイタイプ）に加えて4素子タイプを開発しました。 15 hama hot ジョンソンノイズ、 代表値 雑音等価出力 比検出能力 上昇時間 素子抵抗の 温度係数 Min. Typ. Max. 単位 ― 2×2 ― mm 3∼5 20 28 36 V/W 70 90 110 kΩ ― 38 43 nV/Hz1/2 ― 1.4 2.2 nW/Hz1/2 ― cm・Hz1/2/W 35 ms 0.9 × 108 1.4 × 108 0∼63 % μm ― ― 25 ±0.1 ― ％/℃ ［ユニフォミティ］ ランプ中心からの距離（mm） 特長 20 15 10 5 0 -5 -10 -15 -20 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 用途 ● 表面改質 - 接着の前処理（接着性向上） - コーティング時の密着性向上 - 印刷時の密着性向上 ● ドライ洗浄 - シリコンウエーハ／ガラス基板の洗浄 - 有機膜除去 - 接着剤残渣除去 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 ランプ中心からの距離（mm） 80 ％以上 60 ％ ‒ 80 ％ 60 ％以下 測定条件 ランプ - UVパワーメータ間距離 : 5 mm UVパワーメータ : 弊社製 H9535-172 項目 照射強度 発光波長 照射範囲（W x H） 仕様 単位 50以上 mW/cm2 172 nm 86 x 40 mm 0.25 ∼ 0.35 m3/ｍin 外形寸法（W x H x D） 344 x 233 x 230 mm 内寸（W x H x D） 204 x 118 x 139 mm 6.5 kg ダクト吸引風量 ※ 質量 ※突起部、ダクト接続口は含みません。 hama hot 16 電子管製品 新製品ニュース NEW X線源 コロナ放電式の問題点を解決した静電気除去装置 計測 産業 非破壊 150 kV密封型マイクロフォーカスX線源 L12161-07 特長 ［上昇時間比較］ 高出力 : 75 W 微小焦点 : 5 μm※1 ● 高電圧ケーブル不要 ● RS-232Cによる 外部制御 160 800 である送風が不要で、塵・電磁ノイズ・オゾンの発生がないクリーンな除電が可能です。電 ● 140 700 120 600 100 500 80 400 極清掃・交換のメンテナンスも不要で、リフトアップなどで曲がった液晶ガラスや微弱Ｘ線 が透過したフィルム裏面でも静電気の除去ができ、除電効果が大幅に向上します。 従来品との相違点 管電圧 (kV) した対象物の静電気を瞬時に除去する長尺対応型ユニットです。コロナ放電式の問題点 ● 用途 低エネルギータイプにすることで従来品の約1/7の薄さ（アクリル板厚さ3.3 mm）で なりました。 管電圧・管電流の上昇速度向上 計測・検査時間を短縮 最大出力75 Wの高出力マイクロフォーカスX線源です。 最小焦点寸法5 μmにより、透視画像の拡大によるエッジのボケを 抑え、鮮明な拡大画像が得られます。高電圧電源と本体の一体化に より、煩わしい高電圧ケーブルが不要です。 従来品との相違点 コントロールユニットの改良により、管電圧・管電流の上昇速度が従来品 （L8121-02）に比べ3倍向上しました。 300 40 管電圧（L12161-07） 200 管電圧（L8121-02） 管電流（L12161-07） 100 管電流（L8121-02） 20 非破壊検査 ● X線CT 対象サンプル - 電子部品 - 実装基板 - 金属部品 - 樹脂部品 ● 完全遮蔽できます。また、窓材のベリリウムを廃止し、環境に優しく取り扱いが容易に 60 0 0 項目 10 半導体 産業 フォトイオンバー L12536 特長 DINレールアタッチメント採用で簡単取り付け、取り外し ● アクリル板 （厚さ3.3 mm）で完全遮蔽できる低エネルギータイプ ● コントローラレスでも駆動可能 ● 生産ラインに合わせて除電エリアを可変 最大10ヘッド連結で幅2 m（推奨） まで対応可能 ● ベリリウムフリーで廃棄が容易 50 仕様 単位 管電圧 40 ∼ 150 kV 管電流 10 ∼ 500 μA 最大出力 最小焦点寸法（公称値）※1 X線放射角度 0 60 75 W 5 μm 約 43 度 17 mm FOD（出力窓から焦点までの距離） ※1：at 4 W 産業 光学式ピンホール検査ユニット C12570 NEW 特長 最小φ2 μmのピンホールを検出 最速30 m/ 分のワークスピードに対応 ● 最大検査幅300 mm ● 非接触でワークにストレスを与えない ● ● ［除電効果］ 40 cm ● 用途 40 時間 (s) 光検出器応用製品 静電気除去製品 30 20 管電流 (μA) NEW 微弱Ｘ線の光電離（フォトイオナイゼーション）により、両極性イオンを同数生成して帯電 30 cm 20 cm 10 cm 10 cm 20 cm 30 cm 40 cm 用途 ● 1 2 3 4 4 秒以内 秒以内 秒以内 秒以内 秒以上 ● 生産ラインでの静電気除去 液晶・有機EL・太陽電池・半導体・ フィルム・粉体印刷・医薬品 など 金属箔やフィルムのインライン検査 測定条件 50 cm 帯電プレート：□150 mm, 20 pF 帯 電 電 圧：1 kV / 100 V 温 度：25 ℃ 湿 度：50 ％ 40 cm 20 cm 30 cm 20 cm 10 cm 10 cm 30 cm 40 cm 50 cm 金属箔やフィルムのインライン検査で 非接触によるピンホール検出が可能 ［設置イメージ］ 高感度光センサである光電子増倍管を採用し、CCD画像解析では 捕えられないφ2 μmのピンホールを検出できます。光検出方式に より、気体・液体によるストレス、電界・磁場・電解液の特定環境に ワークをさらさない非接触検査が可能です。 1 2 3 4 4 17 hama hot 秒以内 秒以内 秒以内 秒以内 秒以上 測定条件 帯電プレート：□150 mm, 20 pF 帯 電 電 圧：1 kV / 100 V ヘッドユニット設置間隔：100 mm 温 度：25 ℃ 湿 度：50 ％ 従来品との相違点 最小φ2 μmのピンホール検出ができる高感度タイプがラインアップに加わりました。 hama hot 18 システム製品 新製品ニュース NEW カメラ 新しい機能を搭載した次世代のEM-CCDカメラ ライフ 計測 産業 学術 研究 デジタルカメラ ORCA-Flash4.0 V2 NEW 使いやすさと高速読み出しを備えた微弱光観察用カメラです。フルフレームで約70フレーム/秒の高速読み出 新機能 しにより、極微弱光領域の現象をとらえます。また、最大90 ％の高い量子効率と－100 ℃冷却による低ノイズ ● スロースキャンモード を実現しました。プログラマブル・ トリガ出力などの新しいトリガ機能やIEEE1394bインターフェースを採用し、 0.9 electronsの低い読み出しノイズを実現するスロースキャンモード（30フ レーム/秒）を搭載しました。ノイズが少ないことが求められる微弱な蛍光観察 に適したモードです。 高い性能と使いやすさを兼ね備えた次世代のEM-CCDカメラです。 300000 従来品との相違点 頻度（相対値） 250000 従来品（ImagEM C9100-13）の約2倍の高速読み出しを実現しました。 スロースキャンモード スタンダードスキャンモード 0.9 electrons（median） 250000 150000 1.3 electrons（median） 100000 50000 0 0 1 2 3 4 5 6 読み出しノイズ（electrons） ● ライトシート読み出しモード 低ノイズ・高解像度・高速読み出しを 同時に実現した科学計測用CMOSカメラ 最新技術を用いた科学計測用CMOSイメージセンサFL-400を搭載 し、400万画素の高解像度でありながら、100フレーム/秒の高速 読み出しと1.3 electrons（median）の低読み出しノイズを同時に 実現したデジタルカメラです。微弱な蛍光から幅広い領域の蛍光観 察に適しています。Camera Linkに加え、USB 3.0インターフェー スにも対応し、ノートPCでも手軽に画像取得が可能です。 従来品との相違点 新たに3機能を搭載しました。 sCMOSカメラの特長であるローリング ORCA-Flash4.0 V2 シャッタを応用し、ライトシート顕微鏡での 撮像に最適なライトシート読み出しモード 励起光 を搭載しました。ライトシート顕微鏡はサン サンプル プルに垂直に照射したシート状の励起光 を上下に走査させて観察を行う顕微鏡で す。ライトシート読み出しモードではカメラ の読み出しのタイミングを励起光の動きに同期して調整できるため、シームレ スで正確な読み出しを実現しています。 ● グローバルリセットモード グローバルシャッタで撮像した画像と同様に同時性のある画像を取得できます。 極めて短い時間でのスナップショットが必要な場合などに有効なモードです。 カメラ カメラ ライフ 計測 産業 学術 研究 EM-CCDカメラ ImagEM® X2 高 速：極微弱光領域の現象を高速で観察可能 ● 高 感 度：励起光を低減できるので、 細胞にやさしい観察が可能 ● 高 安 定：長時間にわたる安定した定量解析を実現 ● 低ノイズ：ノイズを極限まで抑え、 微弱な信号も検出 ● 用途 微弱蛍光・微弱発光でのリアルタイムイメージング ● 励起光強度を抑えた蛍光ライブセルイメージング ● 細胞内蛋白質の挙動観察 ● 細胞内イオン濃度測定 ● 分光測光 等 計測 産業 学術 研究 CMOSボード型カメラ C11440-52U NEW 特長 解像度：400万画素 読み出しノイズ：2.3 electrons typ.（rms） 1.6 electrons typ.（median） ● 読み出し速度：30フレーム/秒 （2048 × 2048） ● 量子効率：70 ％以上 （600 nm時） ● ● ［読み出し速度］ クロック：22 MHz ビニング サブアレイ（垂直方向の有効画素数） 512 2５６ 128 ６４ 32 １６ 1 ×１ 70.4 133 241 405 613 820 2×2 １３１ 238 400 606 813 981 4×4 231 389 588 794 962 1076 用途 ● 超解像顕微鏡 ● リアルタイム共焦点顕微鏡 （単位：フレーム/秒） ● ライブセルイメージング ● ● ［測定例］ リアルタイム共焦点イメージング例 Cy3で染色したマウス脳神経細胞を、共焦点スキャナユニットを 使用して高速にイメージングした例です。 科学計測用CMOSイメージセンサを搭載した コンパクトなボード型カメラ ＜ 測定条件 ＞ 最新技術を用いた科学計測用CMOSイメージセンサを搭載し、低ノ ・E M ゲ イ ン： 150倍 ・露 光 時 間 ： 10ミリ秒 ・画 素 数 ： 512 × 512 ・ビ ニ ン グ： 1 × 1 ・対 物 レ ン ズ ： 40 × ・共焦点ユニット： 横河電機社製 CSU-W1 ・励 起 レ ー ザ ： 561 nm イズ・高解像度・高速読み出しを同時に実現したカメラです。コンパ クトなボードタイプのカメラですので、装置組み込みをはじめとする 幅広い用途に対応可能です。 蛍光タイムラプスイメージング 等 ［分光感度特性］ 80 70 量子効率 （%） 特長 ライフ 60 50 40 30 20 10 0 400 500 600 700 800 900 1000 波長 （nm） 19 hama hot hama hot 20 システム製品 レーザ製品 医療関連装置 NEW メディ カル 空冷方式のコンパクトなレーザ照射光源 赤外線酸素モニタ NIRO® -200NX DP NEW 新製品ニュース 特長 ファイバ出力型レーザダイオードモジュールと駆動回路およびペルチェ式冷却機構をコンパクトにまとめたレーザ照射光源です。 容易な装着性とコストパフォーマンスに優れた ディスポプローブを採用 ● プローブ装着後、 スタートボタンを押すだけの簡単操作 ● 高速サンプリングで素早い変化も見逃しません ● 3波長計測により、 高精度な計測を実現 ● 運用に合わせた各種画面表示 照射ユニットの選択により、ご希望のビーム径およびビームプロファイルのレーザ光を照射できます。 ● 従来品との相違点 従来品比較で体積約50 ％、質量約60 ％の小型化を実現しました。 用途 周術期を通した脳酸素、脳血液量のモニタリング 救急救命、NICUでの脳診断モニタ ● 婦人科での術後深部静脈血栓予防 ● ● ディスポ－ザブル（使い捨て）プローブタイプの 赤外線酸素モニタ装置 ［プローブ］ 生体に安全な光を用いて組織の酸素化状態を非侵襲・連続的に測定 することができる赤外線酸素モニタ装置です。NIRO-200NXの高機 能をそのままに、安全、簡単かつスピーディーな測定が可能です。 【医療機器認証番号】 221AFBZX00122000 従来品との相違点 柔軟かつ軽量なディスポプローブにより、高い装着性を実現しました。 柔軟かつ軽量なプローブを採用 医療関連装置 メディ カル マルチファイバアダプタシステム NEW 計測 半導体 産業 半導体レーザ LD照射光源 SPOLD L12333シリーズ 特長 3波長による高精度測定 ● 高速サンプリングにより、 短時間のうちに起こる変化にも対応可能 ● 小型・軽量なため、 被検者の生活空間に持ち込んで測定が可能 学術 研究 ● 用途 脳機能・感覚計測 ● 刺激による関連部位の 活動変化の観察 ● 脳機能障害の評価 ● リハビリの効果測定 ● ［測定イメージ］ 特長 用途 ● 小型、軽量 ペルチェ空冷方式 ● 外部制御可能 ● 各種照射ユニット装着可能 ● ● ● レーザ樹脂溶着 微弱な近赤外光を用いて、脳内のヘモグロビン（Hb）を8チャンネル または16チャンネルで非侵襲に測定可能な装置です。従来品に比 べ、拘束性の低い頭部ホルダを採用しているため、被検者の負担をよ り軽減できます。 【医療機器認証番号】 221AFBZX00122000 はんだ付け ● ガラスシール 接着剤等の熱硬化 赤外線照明 ● レーザボンディング 等 ● ● 項目 L12333-411 L12333-421 L12333-511 L12333-521 レーザ種類 被検者にやさしい脳機能・感覚計測ツール [照射ユニット] 半導体レーザ（LD） 発振形式 発振波長（25 ℃） 最大出力 （標準ファイバ出射端） 赤色ガイド光 最小ファイバコア径 連続（CW） 940 nm 808 nm 30 W 940 nm 808 nm 75 W 60 W 照射ユニット A11786シリーズ 各種照射ユニットを取り揃えております 有 400 μm 外形寸法（W × H × D） 約360 mm × 約150 mm × 約360 mm（突起部除く） 従来品との相違点 ・最大16チャンネルの測定が可能です。 ・最速0.1秒ごとに測定が可能です。 21 hama hot hama hot 22 レーザ製品 新製品ニュース 半導体レーザ応用製品 学術 研究 計測 半導体 産業 半導体レーザ 特長 [ファイバ端光出力—順電流特性（Typ.）] ● 小型、 コンパクト 従来品に比べて 体積約40 ％削減 ● 空冷式 ペルチェ内蔵 ファイバ端光出力 fef (W) 発振波長：4.53 μm（Typ.） 光出力：20 mW（Min.） ● しきい値電流：1.0 A （Max.） 60 50 用途 40 30 20 ● 10 0 0 10 20 30 固体レーザ励起 順電流 If (A) ● レーザはんだ付け （レーザボンディング） ● レーザ直接加工 レーザ接合、レーザ硬化、表面改質、レーザ剥離 等 ● ペルチェ冷却式でコンパクトな LDモジュール 項目 記号 40 50 項目 波長 波数 光出力 環境ガス計測に最適な 分光分析用連続動作型中赤外半導体レーザ L12560- L12560- L12560- L12560単位 30-808D 30-940D 60-808D 75-940D 条件 発振波長（typ.） λp 定格出力時 808 940 808 940 nm 量子カスケードレーザ（QCL：Quantum Cascade Laser）は中 （FOLD）です。従来品に比べ大幅な省スペースを実現しています。 ファイバ端光出力 φef ― 33 40 65 80 W 赤外（4 μm～10 μm）に発振波長を持つ半導体レーザで、中赤外 1.8 1.6 3.6 3.2 V の新しいレーザとして注目されています。L12004-2209H-Cは 8 6 8 6 A 4.53 μm帯CW駆動タイプです。 動作電圧（typ.） Vop 定格出力時 しきい値電流（typ.） Ith ― ― ― 適合ファイバコア径 μm 400以上 半導体レーザ応用製品 計測 分析 学術 研究 産業 開発中 従来品との相違点 ・小型レーザヘッド（従来品と比べ寸法比約1/7になりました。） ・小型レーザ電源（従来品と比べ寸法比約1/2になりました。） 23 hama hot 環境ガス計測に最適な 分光分析用パルス動作型中赤外半導体レーザ [L11038-21 パルスエネルギー安定性] 200 仕様 単位 波長 10.07（typ.） μm 波数 993 cm-1 25（min.） mW 1.5（max.） A 光出力 しきい値電流 量子カスケードレーザ（QCL：Quantum Cascade Laser）は中赤 160 外（4 μm～10 μm）に発振波長を持つ半導体レーザで、中赤外の 120 [μJ] 学術 研究 極微量ガス分析（NH3） 項目 応用分析用光源（LIBS、質量分析 等） ● アブレーション用光源 （穴あけ、リペア） 新しいレーザとして注目されています。このQCLは10 μm帯パルス 100 駆動タイプです。 80 60 40 従来品との相違点 DFB-パルス駆動型QCLで長波長品の開発を行いました。 20 0 分析 特長 ● ● ザです。 計測 用途 用途 140 A 発振波長：10.07 μm（Typ.） 光出力：25 mW（Min.） ● しきい値電流：1.5 A （Max.） 波長：1064 nm、532 nm、355 nm ● 最大パルスエネルギー ：200 μJ ● 繰返周波数可変：1 Hz～1000 Hz ンスフリー・コンパクトを実現した受動Qスイッチ型の短パルスレー mW 1.0（max.） ● ● 体型にすることで、共振器のアライメント調整の必要ないメンテナ cm-1 ● L11038-21シリーズ（高エネルギー型 1000 Hz） 180 2209 20（min.） 10 μm パルス駆動型 量子カスケードレーザ 特長 マイクロチップレーザは、弊社独自の技術によりレーザ共振器を一 単位 μm 半導体レーザ L11038-11シリーズ（高エネルギー 100 Hz） ● 波長：1064 nm、 532 nm、355 nm ● 最大パルスエネルギー ：2 mJ ● 繰返周波数可変：1 Hz～100 Hz メンテナンスフリー・コンパクトな パルス幅2ナノ秒以下の短パルスレーザ しきい値電流 仕様 4.53（typ.） 従来品との相違点 DFB-CW駆動型QCLで短波長化を実現しました。 マイクロチップレーザ L11038-11シリーズ、L11038-21シリーズ NEW 極微量ガス分析（N2O） 60 ペルチェ内蔵のコンパクトなファイバ出力型半導体レーザモジュール 従来品との相違点 ペルチェ内蔵、大幅な省スペースを実現しました。 特長 ● L12560-60-808D 70 学術 研究 ● L12560-75-940D 80 応用 PRELIMINARY （Top（c） ：25 ℃） 90 分析 4.53 μm CW駆動型 量子カスケードレーザ L12004-2209H-C ファイバ出力型半導体レーザモジュール（FOLD）L12560シリーズ NEW 計測 0 0.6 1.2 1.8 2.4 3 3.6 4.2 4.8 5.4 6 Time [Hours] hama hot 24 赤外線 以前の連載では「ナノホトニクスの世界」ということで、微細加工技術（MEMS）の発達に伴って実現可能になってきた『ナノ ） 陽光 780 nm 太 光（ 白色 スケールの構造をフォトン（光子）で加工・制御・計測する技術』の当社における事例を紹介してきました。今回のキーワードは 可視光 「量子」です。 プリズム 材料研究室では「量子ホトニクス」として光と物質／電子の相互作用を利用した新しい光デバイスの研究開発を行っています。 光技術により、人類が直面する環境およびエネルギー問題、あるいは健康、医療、創薬などといった分野で貢献することが 私たちの使命であると考えています。 光の粒子性と波動性 紫外線 380 nm 図１ 虹色、可視光：λ（波長）＝380∼780 nm 連載の第1回では、量子ホトニクスの世界のプロローグとなるような量子力学の一般的な解説と、光の特徴について解説し、 キリスト教の旧約聖書“創世記” によれば、混沌とした闇（カオ ルト・アインシュタイン（1879－1955）によって光電効果（光を 第2回以降に量子的な考えを応用した当社の光デバイス研究についての説明をします。 ス？）が広がる中で神が「光あれ」と言われて光ができ、光と闇 吸収した物質の内部で電子が高いエネルギー状態になる現象） を分けたということになっています。アイザック・ニュートン に 光 子を 導 入して 説 明され 、さらにア ー サ ー・コンプトン （1642－1727）は、白色光は単色光の合成であり光は粒子的 （1892－1962）の実験（コンプトン散乱）により認められるよう な実体であると考えました（図1）。ちなみに虹を7色と定義した になりました。コンプトンの実験から光子と電子の衝突において のはニュートンだそうです 。一 方 、 トマス・ヤング（ 1 7 7 3－ エネルギー保存則と運動量保存則が成立することが導かれまし 1829）は2個のスリットを通った光同士が干渉することより、光 た。その後、光の粒子性と波動性の2面性は量子力学の発展に の波動性を主張しましたが、当時はニュートンの権威が絶大で 伴い矛盾なく理解されるようになりました。20世紀を代表する したのでヤングの主張は受け入れられませんでした。その後、 発明品である半導体レーザ（レーザダイオード： LD）は電子遷 オーギュスタン・フレネル（1788－1827）が波の干渉の概念を 移に伴う光子の放出機構と光の導波路構造より構成されてお 導入して光の回折現象を説明し、さらにジェームズ・マクスウェル り、光の粒子性（光子の放出）と波動性（光の導波路）を見事に 第1回 量子の世界とホトニクスの世界 量子ホトニクスの世界 解説／浜松ホトニクス 中央研究所 材料研究室 枝村 忠孝 （1831－1879）の電磁波理論が完成するに至り、光が電磁波 利用したデバイスであるといえます。 の一種であることが理解されました。粒子性に関してはアルベ なぜ今量子力学なのか？ （1887－1961）による波動力学（物質波を考え、粒子のエネル ギーや運動量を波動関数として表現したもの）は水素原子の振 電子遷移に伴う光の放出 その状態は確定しません。 し 古典力学（ニュートン力学）では二次元の世界でも三次元の る舞いや調和振動子（理想的なバネにつながれた物体の振動モ 電子のエネルギー準位が連続の逆という意味の離散的であ ある」あるいは「電子が低い 世界でもある物体に「位置」と「運動量」を与えればその物体の デル）などの具体的な問題に対して完全に同じ結果を与えまし るとするならば、ある高いエネルギー状態（E2）にある電子が低 準位にある」ということを観 た。この両者が数学的に等価であることが証明され（1926 いエネルギー状態（E1）へと落ちる時、それに伴って光があるひ 測して確定してしまえばもう 年）、行列力学と波動力学が統一されて1つの量子力学として とつの方向へ放出されます（図2）。これは電子がエネルギー的 何も起こりません。ところが 誕生しました。 に低い準位に遷移した時に、エネルギーの保存則を満足するよ 電子は確率的に分布してい うに余ったエネルギーを光（光子）として放出すると説明されま ます。これは高い準位にも低 運動は完全に決定されます。これは私たちが実際に見たり触っ たりできる世界の話です。ところが実際には原子（原子半径お よそ10 -10 m）、電子（古典半径およそ10 -15以下）、素粒子（理 論上大きさはない）など非常にミクロなスケールの現象を取り扱 う場合には粒子の位置と運動量は同時に両方を正確に求める ことはできないという問題に突き当たります（ハイゼンベルグの 不確定性原理）。また、原子や電子が粒子であると同時に波とし ての特徴も持つ（ド・ブロイの物質波）一方、光や電波のような電 磁波もまた、波であると同時に粒子としての特徴を持つことが 18世紀に始まる産業革命以降、ニュートン力学はさまざまな 分野で応用され、工業化、近代化に大きく貢献しました。同様に 量子力学も20世紀の電子工学や半導体産業の発展に大きく貢 献しており、今日のIT化、高度情報化社会も量子力学をその基 盤としています。 知られています。 「波＝連続しているもの」、 「粒＝不連続なも 量子というものは概念でありミクロの世界を説明するために の」という一見すると相反する性質を併せ持っている粒子や非 提唱されたものです。当社の主力製品である光検出器を用い 常にミクロなスケールの世界で繰り広げられる不思議な振る舞 てつかまえることのできる光も、 「光子」として考えると、量子 いは、確率分布として数学的に記述することができます。それ の部類に入ります。高感度の検出器を用いて光子を1個、2個 ぞれ独立に進められたヴェルナー・ハイゼンベルグ（1901－ …と数えるフォトンカウンティングといった測光法を用いること 1976）による行列力学（運動量や位置などの物理量について で、最近は当社の光検出器が量子の研究にも使えるようになっ 行列を用いて表現したもの）とエルヴィン・シュレーディンガー てきました。 E2 たがって「電子が高い準位に す。これとは逆に入射光子のエネルギーを得て、電子が高い準 位に遷移するのが吸収となります。いずれもエネルギー保存則 のつじつまは合っています。 hν （光子の エネルギー） E1 図２ 電子遷移に伴う発光 E2 hν い準位にもいる「重ね合わ せの状態」ということですの でこの時、光子を放出すると （光子の エネルギー） E1 図２´ 電子は高い準位にも、低い準位 にもいる「重ね合わせの状態」 では光子はいつ放出されるのでしょうか？ 電子が高い準位に 考えられます（図2′ ）。これな ある時に光子を放出して落ちる、電子が低い準位に落ちてから ら高い準位から低い準位に落ちながら光子を放出するというイ 光子を放出する、あるいは落ちながら光子を放出するのでしょう メージに近いかもしれません。では光子はどこから現れて、どこ か？ もし準位が1本の線で、電子が丸い粒で表されるような描 へ消えていくのでしょう？ 電子はもともと光子を抱えこんでい 像だったら、そもそもその途中の状態はあり得ないのですからエ るのでしょうか？ もしもそうだとすると、 『物質は光でできてい ネルギーの保存則を満足するように光子を放出するとしか言えま る』 と言えるのでしょうか？ 粒子なのに電子や光子を丸い粒で せん。では電子が波のような状態で確率的に分布している描像 描いている限りはなかなかイメージできません。粒子の生成、消 だったらどうでしょうか？ 量子力学によれば観測されなければ 滅を扱うにはさらに高度な量子場の理論が必要になります。 次号では光子と素粒子の関係、光波の性質を持つテラヘルツ波について取り上げたいと思います。 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